Configuración de demostración de LiDAR en la Universidad de Toronto. La luz pulsada de femtosegundos viaja al espejo móvil y luego se dirige y enfoca hacia el fotodetector de perovskita de PbSn. Crédito:Najarian et al.
Investigadores de la Universidad de Toronto y el Instituto de Ciencia y Tecnología de Barcelona han creado recientemente nuevos fotodetectores de perovskita procesados en solución que exhiben eficiencias y tiempos de respuesta notables. Estos fotodetectores, presentados en un artículo publicado en Nature Electronics , tienen un diseño único que evita la formación de defectos entre sus diferentes capas.
"Existe un interés creciente en las imágenes de rango 3D para la conducción autónoma y la electrónica de consumo", dijo Edward H. Sargent a TechXplore. "Hemos trabajado en equipo durante años en la búsqueda de nuevos materiales que permitan tecnologías de detección de luz, como sensores de imagen de próxima generación, y nos esforzamos por llevarlos en una dirección que podría tener un impacto comercial y social".
Los fotodetectores, dispositivos sensores que detectan o responden a la luz, pueden tener numerosas aplicaciones de gran valor. Por ejemplo, se pueden integrar en sistemas robóticos, vehículos autónomos, electrónica de consumo, tecnología de detección ambiental, sistemas de comunicación de fibra óptica y sistemas de seguridad.
“En estas aplicaciones, se requiere una fotodetección rápida en rangos de longitud de onda más allá de la visión humana”, dijo Amin Morteza Najarian. "El silicio, el enfoque heredado, e ideal para la lectura electrónica, no combina por sí solo alta eficiencia con alta velocidad, como resultado de su banda prohibida indirecta, una propiedad de la estructura de banda del silicio que produce una absorción débil (de ahí la necesidad de silicio) en el infrarrojo cercano".
Principio de funcionamiento de la detección y el alcance de la luz:LiDAR mide el tiempo que tarda la luz en viajar hasta un objeto y volver a dispersarse en el detector. Es la velocidad de la luz la que se utiliza para traducir la información temporal en información espacial. Crédito:Najarian et al.
En una serie de estudios computacionales iniciales, Sargent y su equipo identificaron una perovskita binaria con una alta movilidad de portadores y un alto coeficiente de absorción que podría competir con los materiales empleados actualmente en términos de eficiencia y velocidad. El fotodetector presentado en su artículo reciente se basa en este material activo recientemente identificado.
"Cuando la luz es absorbida por la capa activa de perovskita, los electrones y los huecos fotogenerados se extraen a través de las capas de transporte de electrones y huecos", dijo el coautor Maral Vafaie. "Para lograr tiempos de respuesta rápidos, estos portadores de carga deben moverse rápidamente a través de los dispositivos, incluidas las capas de transporte. Óxido de níquel (NiOx ) se caracteriza por una alta cristalinidad y movilidad, lo que la convierte en una opción ideal para la capa de transporte de huecos (HTL)."
Cuando comenzaron a probar sus dispositivos por primera vez, los investigadores descubrieron que había una incompatibilidad química entre la estrategia antioxidación establecida para las perovskitas de PbSn y las de NiOx. capa. Por lo tanto, idearon un método para eliminar el oxígeno del dispositivo, convirtiendo las especies de estaño no deseadas y asegurando que no queden residuos dañinos.
En las evaluaciones iniciales, los fotodetectores creados por Sargent, Najarian, Vafaie y sus colegas lograron resultados muy prometedores, tanto en términos de eficiencia cuántica como de tiempos de respuesta. El equipo también demostró que sus dispositivos pueden resolver distancias submilimétricas con una desviación estándar típica de 50 µm.
Estudiante de la U of T y posdoctorado (Maral y Amin) fabricando perovskitas de PbSn para LiDAR. Crédito:Najarian et al.
"Demostramos que los fotodetectores fabricados con perovskitas binarias convierten la luz infrarroja cercana en una señal eléctrica con una eficiencia superior al 85% con un tiempo de respuesta más rápido que una fracción de nanosegundo", dijeron Sargent y Morteza Najarian. "Esta es una mejora de 100 veces en comparación con los fotodetectores procesados en solución informados anteriormente. Mostramos estas métricas de rendimiento en la resolución espacial de distancias submilimétricas, es decir, brindando resolución de profundidad".
En el futuro, los nuevos fotodetectores de perovskita procesados en solución creados por Sargent, Morteza Najarian y sus colegas podrían resultar valiosos para crear tecnología LiDAR (es decir, herramientas para determinar distancias variables entre objetos) y sensores para vehículos autónomos o robots. Mientras tanto, los investigadores planean continuar buscando materiales ventajosos y diseñando nuevos componentes para tecnologías de detección.
"En las aplicaciones de detección y alcance de luz de largo alcance (LiDAR), solo una pequeña fracción de la luz dispersada por los objetos llega al fotodetector", agregaron Sargent y Morteza Najarian. "Si uno cambia la iluminación y la detección a la región infrarroja de onda corta (p. ej., 1550 nm), se hace posible una mayor potencia de luz de iluminación sin plantear problemas de seguridad para los ojos. Estamos trabajando en los semiconductores III-V de próxima generación con esto en mente".
© 2022 Red Ciencia X Investigadores diseñan fotodetectores orgánicos altamente sensibles y producibles en masa
